城市第三空間海綿化技術(shù)應(yīng)用研究

魯 群 程 偉 高 潔

（文華學(xué)院城市建設(shè)工程學(xué)部 湖北·武漢 430074）

0 前言

我國的水資源總量較為豐富，但人均水資源占有量卻只有世界平均水平的四分之一。在快速的工業(yè)化進(jìn)程中，用水量增長迅速，但污水處理的能力未及時(shí)跟上；大規(guī)模的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，不透水地面面積增加，帶來雨水徑流量的擴(kuò)大，但城市排水系統(tǒng)的建設(shè)速度卻相對滯后；城市的過度開發(fā)改變了原有的水生態(tài)環(huán)境和水文學(xué)特征，城市面源污染的問題逐漸凸顯。所以，充分利用城市第三空間，進(jìn)行海綿化建設(shè)，在改善水生態(tài)，減輕水環(huán)境污染，節(jié)約水資源，科學(xué)地解決水安全等方面，將發(fā)揮重大的作用。

1 城鎮(zhèn)化帶來的水問題

1.1 水生態(tài)惡化

伴隨著我國的城市化進(jìn)程，大量湖泊、水系面積逐步減少，原有的自然水環(huán)境又被超標(biāo)排放的工業(yè)污水、生活污水破壞，直接造成動植物種類和數(shù)量大量減少，生物多樣性受到影響，生物鏈遭到破壞，種群穩(wěn)定性也隨之降低。此外，水體的自凈能力減弱，水環(huán)境容量降低，也是水生態(tài)環(huán)境惡化，人工修復(fù)強(qiáng)度不夠的結(jié)果。武漢市作為著名的“百湖之市”，也同樣面臨湖泊數(shù)量及水域面積減少、湖泊生態(tài)環(huán)境惡化的困擾。

1.2 水環(huán)境污染

隨著城市點(diǎn)源污染控制的不斷完善，大氣污染、城市面源污染已成為危害我國城市水體的重要污染源之一。大氣污染和城市地面污染也是雨水中污染物的主要貢獻(xiàn)者，且硬化路面又導(dǎo)致了城市降雨地表徑流量的增加。初期雨水裹挾著大氣、地表的污染物及沉積在排水管網(wǎng)中的污染物，未經(jīng)任何處理，短時(shí)間內(nèi)排入河流、湖泊等水體，都對水體造成了嚴(yán)重的污染。地表徑流污染物也是導(dǎo)致湖泊水質(zhì)惡化和富營養(yǎng)化的重要原因。湖泊的大面積污染、自凈能力弱和治理力度不夠都是武漢市面臨的主要的水環(huán)境問題。

武漢市“優(yōu)于水也憂于水”，人們在享受著豐富水資源的同時(shí)，也被一些水環(huán)境污染問題所困擾，主要體現(xiàn)在：污水處理排放體系建設(shè)與管理的滯后、城市面源污染導(dǎo)致河流湖泊污染等方面。因此，水環(huán)境問題在未來一個實(shí)際將是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的問題。

1.3 水資源短缺

我國屬于典型的水資源短缺的國家，雖然水資源總量約為2.8 萬億m3，居世界第6 位，但人均占有量卻不足2200m3，只有世界人均水資源占有量的1/4，在世界上的排名在100 位以后。此外，我國的水資源還存在十分嚴(yán)重的地區(qū)分布不均勻性，東南多西北少，相差懸殊是我國水資源分布的趨勢；時(shí)間分布也不均，夏秋多、冬春少。水資源需求量快速增加，水資源供需矛盾顯得尤為突出，嚴(yán)重影響了我國工業(yè)化和城市化快速推進(jìn)的進(jìn)程。

武漢市市域內(nèi)河湖水系水文條件的變化以及人類劇烈活動的干擾對河湖水系空間格局也產(chǎn)生了不同程度破壞，雖然武漢市水資源總量比較豐富，但依然存在水資源時(shí)空分布不均，供水工程不足等問題，并且逐漸呈現(xiàn)出城市空間向背江腹地拓展的同時(shí)，水源地卻向長江和漢江集中的趨勢；這也導(dǎo)致供水距離逐步增長、供水成本顯著增加、供水安全及穩(wěn)定性不斷降低以及水資源優(yōu)勢逐漸下降成為不爭的事實(shí)。

1.4 水安全缺乏

我國許多的大中型城市在近幾年相繼發(fā)生了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇事件，越來越頻繁的“市內(nèi)看海、廣場泛舟”現(xiàn)象引起了社會各界的廣泛關(guān)注。城市內(nèi)澇導(dǎo)致主要交通干道癱瘓，使人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重的威脅，社會經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

2 武漢市海綿城市建設(shè)

根據(jù)《財(cái)政部住房城鄉(xiāng)建設(shè)部水利部關(guān)于開展中央財(cái)政支持海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，2015 年1 月，三部聯(lián)合啟動了海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市的申報(bào)、評審工作，經(jīng)過前期各項(xiàng)充分準(zhǔn)備，經(jīng)過激烈的全國海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市競爭性評審階段，同年4 月，財(cái)政部住房城鄉(xiāng)建設(shè)部水利部聯(lián)合公布了全國海綿城市建設(shè)16 個試點(diǎn)城市的名單。武漢也成為全國首批入選海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)城市之一。

2.1 武漢市海綿城市建設(shè)總體思路

為緩解城市內(nèi)澇、降低水環(huán)境污染和解決水安全問題，根據(jù)習(xí)近平總書記關(guān)于建設(shè)海綿城市的相關(guān)要求，積極推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作，2016 年10 月，武漢市編制完成了《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》并獲得武漢市政府的批復(fù)，這也標(biāo)志著武漢市海綿城市建設(shè)的頂層框架已經(jīng)確定。該規(guī)劃提出了以示范區(qū)海綿城市建設(shè)為起點(diǎn)，積累經(jīng)驗(yàn)，探索模式，在全市范圍內(nèi)推進(jìn)海綿城市規(guī)劃建設(shè)工作。至2020 年，在武漢市20%的建成區(qū)實(shí)施海綿城市建設(shè)，達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求；至2030 年，在武漢市80%的建成區(qū)進(jìn)行海綿城市建設(shè)，達(dá)到海綿城市建設(shè)規(guī)劃的總體目標(biāo)要求。

2.2 武漢市海綿城市建設(shè)目標(biāo)

以生態(tài)文明建設(shè)為核心，以理念機(jī)制創(chuàng)新為先導(dǎo)，以示范區(qū)建設(shè)為抓手，實(shí)施“五個一”工程，即建成一批海綿試點(diǎn)項(xiàng)目；探索一條適應(yīng)國家新的要求、符合武漢發(fā)展需要的城市建設(shè)新路；建立一套完善的、統(tǒng)籌指導(dǎo)城市建設(shè)和管理的體制機(jī)制；搭建一個集城市規(guī)劃、排水、園林、道路交通于一體的科學(xué)管理平臺；形成一套科學(xué)合理的城市建設(shè)技術(shù)指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，海綿城市建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)。

（1）年徑流總量控制率。《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南（試行）》將我國大陸地區(qū)大致分為五個區(qū)，武漢市位于Ⅳ區(qū)，年徑流總量控制率范圍為70%～85%。武漢市年徑流總量控制率取值不低于70%，有條件的地區(qū)適當(dāng)提高。

（2）排水防澇標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)住建部2016 年頒布的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014-2006)和《武漢市中心城區(qū)排水防澇專項(xiàng)規(guī)劃》（2012～2030），武漢市作為特大城市，中心城區(qū)需有效應(yīng)對不低于50 年一遇暴雨，重點(diǎn)地區(qū)達(dá)到百年一遇。作為“海綿城市”建設(shè)試點(diǎn)城市之一，武漢市將會在區(qū)域排水防澇建設(shè)方面迎來一個巨大契機(jī)，根據(jù)武漢海綿城市建設(shè)目標(biāo)的規(guī)劃，至2017 年末試點(diǎn)期止，區(qū)域可有效應(yīng)對20 年一遇暴雨。

（3）城市防洪標(biāo)準(zhǔn)。武漢市海綿城市建設(shè)的防洪標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到抵御1954 年型洪水（相當(dāng)于30 天洪量200 年一遇的標(biāo)準(zhǔn)）。根據(jù)國務(wù)院國發(fā)〔1985〕79 號文轉(zhuǎn)批的長江防御特大洪水方案中規(guī)定：遇到1954 年同樣嚴(yán)重的洪水，要確保重點(diǎn)地方安全，按漢口武漢關(guān)水位29.73m（吳淞）控制，超額洪水，運(yùn)用杜家臺、武湖、張家渡、白潭湖、西涼湖和東西湖分蓄洪，共分蓄洪水68 億m3。

3 海綿化技術(shù)措施

3.1 海綿化技術(shù)設(shè)施

海綿技術(shù)設(shè)施按主要功能一般可分為滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類。通過各類技術(shù)設(shè)施的組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對年徑流總量控制率、面源污染削減、徑流峰值系數(shù)、雨水資源化利用率等多項(xiàng)目標(biāo)的控制。各類海綿技術(shù)又包含若干不同形式的海綿技術(shù)設(shè)施，主要有綠色屋頂、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、下凹式綠地、植草溝、滲管/渠、滲井、植被緩沖帶、初期雨水棄流設(shè)施、雨水濕地、蓄水池、調(diào)節(jié)池、濕塘、滲透塘、調(diào)節(jié)塘等。

3.2 海綿化技術(shù)設(shè)施的選用

首先，武漢市作為典型的豐水城市，地下水位較高且土壤粘性較高，雨水下滲比較困難；其次，武漢市面源污染較為嚴(yán)重，直接排放的雨水對水體污染較嚴(yán)重。所以，武漢市海綿城市建設(shè)主要功能定位應(yīng)以削峰調(diào)蓄、降低面源污染為核心。武漢市宜采用的低影響開發(fā)設(shè)施有初期雨水棄流設(shè)施、透水鋪裝、綠色屋頂、立體綠化、下凹式綠地、蓄水池、雨水桶、植草溝、生物滯留設(shè)施等；以滲透功能為主的滲透塘、滲井等措施則不宜采用；在用地較為緊張的建筑與小區(qū)、道路等區(qū)域，不宜采用雨水濕地、濕塘等占地面積較大的設(shè)施。

3.3 海綿化改造設(shè)計(jì)方案

以一所學(xué)校為例：根據(jù)學(xué)校現(xiàn)在的現(xiàn)狀建筑類型及分布、地理地貌，將學(xué)校下墊面劃分為公共建筑、居住小區(qū)（教職工公寓、學(xué)生宿舍）、道路、廣場、調(diào)蓄水體等五類。

（1）公共建筑：校方意見，為避免對建筑內(nèi)的學(xué)生及教職工的學(xué)習(xí)及工作產(chǎn)生影響，以及后期的管理及維護(hù)，不考慮綠色屋頂?shù)暮＞d設(shè)施建設(shè)，考慮將屋面雨水經(jīng)棄流后導(dǎo)入雨水桶進(jìn)行收集利用。

（2）居住小區(qū)：近些年教師公寓小區(qū)可改造條件較好，一般能進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的海綿化建設(shè)，綜合考慮設(shè)施組合的選擇及用地豎向，布置下凹式綠地、生物滯留設(shè)施等措施，利用景觀綠地及水體滯留雨水，凈化回用，道路及場地等采用透水鋪裝，利用植草溝、下沉式綠地等對徑流雨水進(jìn)行收集、調(diào)蓄。老舊小區(qū)的海綿建設(shè)改造難度較大，可結(jié)合小區(qū)綠地和景觀水體設(shè)計(jì)增加生物滯留設(shè)施、滲井、濕塘和雨水濕地等。因空間限制不能滿足控制目標(biāo)的情況下，可將徑流雨水通過城市雨水管渠系統(tǒng)引入周邊城市綠地及廣場內(nèi)的低影響開發(fā)設(shè)施。

（3）道路和廣場：在一些道路、廣場等其他硬化地面的雨水，可采用滲透鋪裝對表面進(jìn)行硬化，讓雨水下滲，削減面源污染超標(biāo)準(zhǔn)雨水。在雨水口可設(shè)置截污掛籃、旋流沉沙等設(shè)施截留污染物。經(jīng)處理后的雨水一部分可下滲或排入雨水管。

（4）調(diào)蓄水體：海綿化改造范圍內(nèi)存在云水湖為大型調(diào)蓄水體，其西側(cè)為大片雨水濕地，可以作為末端調(diào)蓄水體。如圖1 所示。

4 海綿化建設(shè)方案成效評估

4.1 海綿化改造評估內(nèi)容

海綿化改造效果需進(jìn)行評估，評估的主要內(nèi)容包括：年徑流總量控制目標(biāo)評估、面源污染控制目標(biāo)評估、峰值徑流控制目標(biāo)評估、可滲透硬化地面占比等。

4.2 海綿化改造目標(biāo)（見表2）

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)需推動治水思路戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，把握“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的基本思路，將傳統(tǒng)的“快收快排，集中終端控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤奥啪忈專稚⒃搭^控制”，先充分利用城市第三空間，采用場地源頭一些滲透設(shè)施對地表徑流進(jìn)行促滲減排，盡可能將徑流雨水予以調(diào)蓄凈化和回收利用，最后實(shí)現(xiàn)安全有序排放。

圖1

表2 建設(shè)項(xiàng)目海綿城市目標(biāo)取值計(jì)算表